والغرض من هذه الخوارزمية استمرار لقياس المسافة بين حافتين ثنائي الأبعاد باستخدام ديليشنز صورة المسلسل والاستطلاعية. يمكن تطبيق هذه الخوارزمية لمجموعة متنوعة من المجالات مثل علم الأحياء الهيكلية القلب، وبيولوجيا الأوعية الدموية، والهندسة المدنية.
نانودومين خارج الخلية وصف مؤخرا، ووصف بيرينيكسوس، قد تورط في افابتيك اقتران، وآلية بديلة للتوصيل الكهربي بين كارديوميوسيتيس. الأسلوب الحالي للتحديد الكمي لهذه المساحة بتجزئة اليدوية بطيئة ومنخفضة الدقة المكانية. قمنا بتطوير خوارزمية الذي يستخدم ديلاتيونس المسلسل صورة لمخطط ثنائي لعد عدد البكسل بين اثنين يعارضان حواف الأبعاد 2. هذه الخوارزمية يتطلب ساعات أقل من الرجل، وارتفاع قرار مكانية من الأسلوب اليدوي مع الحفاظ على إمكانية تكرار نتائج عملية يدوية. في الواقع، من ذوي الخبرة، واستطاع المحققون المبتدئ أن الخص نتائج دراسة سابقة مع هذه الخوارزمية الجديدة. الخوارزمية يقتصر المدخلات البشرية بحاجة إلى مخطط يدوياً في بيرينيكسوس الحاسوبية والسلطة أساسا يشغلها خوارزمية اﻻستطﻻعية موجودة من قبل. ومع ذلك، خوارزمية قدرات إنتاجية عالية وعالية الدقة المكانية وإمكانية تكرار نتائج جعله أداة قياس تنوعاً وقوية للاستخدام عبر مجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتطلب قياس المسافة بين أي ثنائي الأبعاد (2D ) الحواف.
الخوارزمية التالية وضعت لقياس المسافة إينتيرميمبراني بين اثنين cardiomyocytes يزوج هيكلياً في نقطة أنها منفصلة عن بعضها البعض عند حافة لوحة مفرق الفجوة في نانودومين يسمى بيرينيكسوس1، الذي قد وقد تورط في افابتيك اقتران2،3،،من45. عملية تحليل مئات صور المجهر الإلكتروني (TEM) انتقال من بيرينيكسي باستخدام أسلوب تجزئة يدوي في دراسة سابقة6، تم تحديد الحاجة لأسلوب أعلى سرعة نقل عينات العرض بيرينيكسال في أعلى القرار المكانية مع الحفاظ على دقة عملية تجزئة اليدوية السابقة خلال تجزئة اليدوي، يتم رسم خطوط على فترات 15 نانومتر، متعامد تقريبا إلى خط الوسط، بغية قياس العرض بيرينيكسال. خوارزمية جديدة تحيط مقدار بكسل واحد ثنائي سميك من خطين متوازيين ويستخدم صورة المسلسل ديليشنز لحساب عدد وحدات البكسل بين الأغشية اثنين. بينما قد استخدمت ديلاتيونس صورة شائعة في عدد كبير تطبيقات معالجة الصورة، بما في ذلك كفاف أو حافة الكشف عن7،8، هذه الخوارزمية يستخدم ديلاتيونس كآلية فرز الأصوات. خط الوسط ثم المعزولة باستخدام خوارزمية اﻻستطﻻعية9 وبيرينيكسال عرض يقاس ثم بدقة على طول بيرينيكسوس مساوية لدقة الصورة. الفرق في القرار في هذه الحالة قياس 1 الواحد 15 نانومتر لتجزئة اليدوي وقياس 1 كل 0.34 نانومتر مع خوارزمية جديدة، 44-fold زيادة في تواتر أخذ العينات المكانية. وعلاوة على ذلك، يتم إنجاز هذا زيادة تواتر أخذ العينات في حوالي 1/5th الوقت اللازم لتجزئة اليدوي.
سيتم استخدام هذه الخوارزمية في شكله الحالي لقياس عرض بيرينيكسال التقليدية 0-150 نيوتن متر من حافة الفجوة تقاطع البلاك5 (GJ) وكذلك داخل منطقة محددة للفائدة، حيث هضاب بيرينيكسوس بين 30 و 105 نيوتن متر2 , 3 , 10-زيادة تواتر أخذ العينات يقلل من التغير في قياسات بيرينيكسوس الفردية مقارنة بتجزئة اليدوي، وإلى حد كبير إلى تقصير وقت التحليل، مما يسمح للمعالجة الفعالة لمجموعات البيانات الكبيرة. بيد أن هذا البرنامج لا ينحصر النانو تيم الصور من الأقراص المقحم القلب. ويمكن استخدام نفس النهج لقياس قطر الأوعية الدموية، وكسر قذفي البطين، أو ظواهر غير البيولوجية حتى تآكل النهر أو الفيضانات. هذه الخوارزمية مناسبة لقياس المسافة بين أي حواف شبه متوازية اثنين.
يستخدم الخوارزمية ديلاتيونس صورة المسلسل لعد عدد البكسل بين حافتين 2D المتعارضة في صورة ثنائية، وفي هذه الحالة هو فصل الغشاء بين3،2،بيرينيكسوس14. ثم تستخدم لعزل الكبت، تليها سلسلة تمدد وتآكل ثانوية لملء الثغرات في خط الوسط، مماثلة لما تم إنجازه قبل15مشتق مكانية وخوارزميه اﻻستطﻻعية. خط الوسط هو ثم جنبا إلى جنب مع الصورة تمدد-العد النهائي لتمثيل عرض بيرينيكسال كدالة للمسافة من بداية فصل الحافة، في هذه الحالة نهاية GJ وبداية بيرينيكسوس16.
المعلمات الأربعة الرئيسية معرفة من قبل المستخدم في واجهة المستخدم الرسومية في بداية البرنامج:
الآلية الأكثر شيوعاً لفشل لخوارزمية هو فشل خط الوسط للوصول إلى حافة الصورة، والطريقة التي يتم بها تحديد نقطة النهاية لخوارزمية اﻻستطﻻعية. من أجل حل هذه مسألة، يمكن زيادة المستخدم عتبة التدرج الموضحة في الخطوة 3.3.1، الذي سوف يتسبب البرنامج لتحديد المزيد من النقاط من أصل الصورة المشتقة المكانية، والتي سوف تزيد من وقت العملية الحسابية المطلوبة من قبل خوارزمية اﻻستطﻻعية. لذلك، تتطلب هذه الخوارزمية حلاً وسطا بين سلامة حساب سرعة والكبت. من المهم أن نلاحظ أنه طالما يتم تحديد جميع نقاط خط الوسط من مشتقات المكانية، جنبا إلى جنب مع نقطة بداية مناسبة، عتبة مشتقة المكانية لن يكون أي تأثير على قياس الفاصل الحافة.
اتجاه الصورة تظهر يؤثر على تمدد القيم، لأن النواة يتوسع في خطوات 90 درجة، مما يمكن أن يعرض خطأ إذا كانت غالبية منطقة اهتمام بزاوية 45 درجة على محاور المصفوفات تمدد. ولذلك، قد لا يكون العد تمدد تمثيل دقيق للمسافة بين الحواف دائماً. هذا القيد قد عولجت بمعامل تصحيح مثلثية، ولكن يحتمل أن يمكن تجاهلها إذا كان يتم محاذاة كل الصور في مجموعة بيانات في نفس الاتجاه. وعلاوة على ذلك، ينبغي توخي الحذر في تفسير النتائج، كما أنه من الممكن أن طائرات القسم غير عمودي تماما على الأغشية اثنين. في الشكل 9ب، نستخدم ججو لتشير إلى أن لدينا صور بيرينيكسوس كانوا في الطائرة. ومع ذلك، يتحتم أن أحجام العينات تكون كبيرة بما فيه الكفاية لحساب أي تقطيع الاختلافات بين الصور. بالإضافة إلى ذلك، لا ينبغي تفسير لدينا قياسات عرض بيرينيكسال للتفكير في فيفو ممنوع، ولكن هذا النهج يستخدم لقياس فروق في عرض بيرينيكسال بالنسبة لبعض من الدولة التدخل أو المرض.
الخوارزمية الحالي يتطلب أيضا مخطط تفصيلي يدوياً تتبع حواف كمدخل. من المهم أن نلاحظ أنه طالما يتم تعيين الجدول بشكل صحيح، القرار المكانية ليس له تأثير على القياسات خوارزمية، كما يتبين من قرارات متفاوتة من الصور في الشكل 6 وصورة منخفضة الدقة إضافية في تكميلية ملف S6. الخطوة التالية في تحسين الخوارزمية هو إزالة التدخل البشري من توليد مخطط جنبا إلى جنب مع أداة التي يمكن تحديد مجال الاهتمام. يرجح أن هذه الميزات سيعزز دقة القياس وتقليل التحيز إلى المستخدم.
هذه الخوارزمية فعالة حسابياً يوفر طريقة أسرع، التي تتطلب حوالي خمس ساعات العمل، للتحديد الكمي بيرينيكسوس مع لا عقوبة يمكن كشفها بإمكانية تكرار نتائج إذا ما قورنت بعملية تجزئة اليدوي. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم عملية تجزئة دليل قياس واحد كل 15 نانومتر تحديد حجم العرض بيرينيكسال، والتي يمكن أن تؤدي إلى إطار أخذ العينات كما فصل الغشاء بيرينيكسوس تغيير إلى حد كبير ضمن هذا النطاق 15 نانومتر. على النقيض من ذلك، لديها البرنامج الآلي من قرار مكانية مساوية لطريقة التصوير، في هذه الحالة 2.9 بكسل لكل نانومتر على طول بيرينيكسوس، وبالتالي إيصال بمتوسط حل أكثر دقة للعرض بيرينيكسال.
في حين أن التطبيقات في المجال علم الأحياء الهيكلية القلب واعدة ومثيرة، وتستخدم هذه الخوارزمية لا تقتصر على الصور ال. أي حقل التي تتطلب قياس حافتين 2D شبه متوازية عالية الجودة ودقيقة يمكن أن تجعل استخدام هذه الخوارزمية. يمكن استخدام الخوارزمية لتعقب أي شيء من أنماط التعرية والفيضانات ضفة النهر من صور الأقمار الصناعية لتطوير الأوعية الدموية مع الفحص المجهري برايتفيلد أو الفلورسنت. أحد التطبيقات المحتملة الواعدة في مجال أمراض القلب وقياس الكسر قذف البطين (الإنكليزية والفرنسية) مع نقطة من رعاية القلب ضربات القلب. حاليا، هو الأسلوب القياسي الأسلوب ذات السطحين من الأقراص17، على الرغم من خوارزمية أحدث، أوتويف، هو حاليا18،أسلوب قطع حافة التحديد الكمي EF19. للأسلوب ذات السطحين من الأقراص, الدائرة المعنية هو تتبع يدوياً وكمياً باستخدام أسلوب سيمبسون المعدلة، حيث يتم حساب الحجم الإجمالي تلقائياً من مجموع الأقراص اهليلجية مكدسة. القيد الرئيسي مع هذا الأسلوب هو أنه يمكن فقط إرجاع إجمالي مساحة مقطعية الدائرة المطلوب، مع لا قرار لتحديد مناطق محددة للفائدة، ويتطلب أيضا مدخلات بشرية كبيرة وخبرة. يحدد الأسلوب الأحدث، أوتويف، ويحدد حافة البطين باستخدام خوارزمية سبيكلينج 2D وثم يحسب مساحة مقطعية البطين. هذه العملية، بينما واضحة وفعالة لقياس إجمالي منطقة البطين، كما قد قيداً الأصيل مماثلة لقياس مجموع مساحة مقطعية فقط. ويحد هذا العيب الأساسي قدرات التشخيص والعلاج للأطباء. على النقيض من ذلك، يمكن التعرف خط الوسط الخوارزمية المعروضة في هذه المخطوطة ودقة مساوية للقرار طريقة التصوير لتحديد مناطق محددة لمصلحة. هذا أمر مهم للماسحات الضوئية فوق الصوتية مع القرار المكانية ميكرومتر هي متوفرة تجارياً20،21، مما يعني أن هذه الخوارزمية يمكن كشف شذوذ الحركة الجدار مترجمة بدقة ميكرومتر بدلاً من سنتيمتر. في حين أن هذا التطبيق يحتاج إلى التحقق من صحتها تجريبيا، أحد تطبيقات واعدة الأكثر مباشرة لهذه الخوارزمية. وفي الواقع، فإنه يمكن بسهولة دمجها مع البقع واللطخ تتبع قدرات أوتويف أو آثار اليدوية المستخدمة في دليل بلانيميتري لتوفير معلومات عالية الدقة بالتوازي مع البيانات بالانكليزية التقليدية.
كما تنوعاً وقابلة للتطبيق كما الخوارزمية الحالي، قد وضعت لصور ثنائية الأبعاد. ومع ذلك، كما مواصلة تحسين تقنيات التصوير، هناك زيادة في طلب على تقنيات القياس الكمي د 3 و 4. ولذلك، هو التكرار التالي من الخوارزمية لتكييف النهج نفسه، معلقاً صورة ثنائية، إلى كائن ثلاثي الأبعاد، حيث يحدد تلقائياً الكبت حاليا يتجاوز قدرات برامج التصوير الحالي متسلسل. هذه خوارزمية سيكون لها تطبيقات واسعة سواء سريرياً أو تجريبيا في ميدان القلب وحدها، بما في ذلك 3D echocardiograms القلب22،23، الميكروسكوب الإلكتروني 3D24،25، 26، والرنين المغناطيسي 3D التصوير27،،من2829.
The authors have nothing to disclose.
المؤلف يود أن يشكر لوي كاثي في “كلية الطب البيطري” فيرجينيا وماريلاند لتجهيز وتلطيخ عينات TEM.
التمويل:
المعاهد الوطنية للصحة R01-HL102298
المعاهد الوطنية للصحة F31-HL140873-01
Touchscreen Monitor | Dell | S2240T | Needs soft-tipped stylus |
Desktop | Dell | Precision T1650 | 8GB RAM |
Operating System | Microsoft | Windows 7 Enterprise | 64-bit OS |
Program platform | Mathworks | Matlab R2015b | Program may be incompatible with newer/older versions of Matlab |